激光加工利用光的能量經透鏡聚焦后在焦點處達到很高的能量密度,通過光熱效應進行加工。激光加工不需要工具,加工速度快,表面變形小,可以加工各種材料。
利用激光束對材料進行加工,如打孔、切割、劃線、焊接、熱處理等。一些亞穩態能級的物質在外界光子的激發下會吸收光能,使得高能級的原子數大于低能級的原子數——粒子數反過來。如果照射一束光,光子的能量等于兩個能量對應的差值,那么就會產生受激輻射,輸出大量的光能。
激光技術是一門涉及光、機、電、材料、檢測等多學科的綜合性技術。傳統上,其研究范圍一般可分為以下九個方面:
1.激光加工系統。包括激光器、光導系統、加工機床、控制系統和檢測系統;
2.激光加工技術。包括焊接、表面處理、鉆孔、劃線、微調等加工技術;
3.激光焊接:汽車車身的厚薄板、汽車零部件、鋰電池、起搏器、密封繼電器等不允許焊接污染和變形的密封裝置。使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導體泵浦激光器。
4.激光切割:汽車行業、電腦、電氣柜、木刀模具行業、圓鋸片、亞克力、彈簧墊圈、直徑小于2mm的電子零件銅板、部分金屬網板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、應時玻璃、硅橡膠、直徑小于1mm的氧化鋁陶瓷片、航空航天行業的各種金屬零件和特殊材料的切割。使用的激光器有YAG激光器和CO2激光器;
5.
激光打標:廣泛應用于各種材料和幾乎所有行業。使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半導體泵浦激光器;
6.激光打孔:激光打孔主要應用于航空航天、汽車制造、電子儀器、化工等行業。隨著激光打孔的快速發展,用于大塊打孔的YAG激光器的平均輸出功率已經從400w提高到800w到1000w。激光打孔在國內比較成熟的應用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產中,以及手表和儀器的寶石軸承、飛機葉片、多層印刷電路板等行業的生產中。使用的激光器主要是YAG激光器和CO2激光器,但也有一些準分子激光器、同位素激光器和半導體泵浦激光器。
7.激光熱處理:廣泛應用于汽車工業,如氣缸套、曲軸、活塞環、換向器、齒輪等零件的熱處理,以及航空航天、機床工業等機械行業。激光熱處理在我國的應用遠比國外廣泛。使用的激光器主要是YAG激光器和CO2激光器。
8.激光快速成型:是將激光加工技術與計算機數控技術、柔性制造技術相結合而形成的,多用于模具、模型行業。使用的激光器主要是YAG激光器和CO2激光器。
9.激光鍍膜:廣泛應用于航空航天、模具、機電行業。使用的激光器多為大功率YAG激光器和CO2激光器。
激光加工為工業制造提供了清潔無污染的環境和生產工藝,這也是目前激光加工最大的優勢。